INFORME DE LABORATORIO DE TERMODINAMICA APLICADAAndrés Eduardo González Tunjo 20102275015 Didier Rivera 20102275029 Miguel Ángel Roa 20102275030 Rodrigo Torres Martínez 20102275037 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FALCULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA MECÁNICA TERMODINÁMICA APLICADA BOGOTÁ 2012 MARCO TEÓRICO La práctica de laboratorio trata de mostrar, que elementos son necesarios para calentar o enfriar un cuarto por medio de los estudios termodinámicos o psicrométricos, siendo esta última una rama de la ciencia por la cual se estudian las propiedades del aire húmedo y del efecto de la humedad atmosférica en los materiales y en el conforto bienestar humano. Propiedades Físicas Del Aire. El aire atmosférico es considerado una mezcla de gases ideales, cuyos componentes son; aire seco (21%O2 y 79% N2) y una cantidad de vapor de agua. Esta mezcla se encuentra a una determinada temperatura y presión P. A continuación se enunciaran algunos conceptos utilizados, siendo una herramienta de gran ayuda para orientar al lector durante la lectura de este documento y solución del mismo; durante el transcurso de la guía de laboratorio, se dará solución a las preguntas del pre informe de la práctica, dando consistencia al tema de sicrometría. Deshumificador: Consiste en una bomba de calor para proporcionar una zona fría donde condensar la humedad y una zona caliente para recuperar la temperatura ambiental. Su funcionamiento consiste en pasar una corriente de aire por el EVAPORADOR (zona fría), el cual está a una temperatura por debajo del punto de rocío, provocando que la humedad ambiental se condense y gotee a un depósito o un desagüe. Después de ser secado y enfriado el aire pasa por el CONDENSADOR (zona caliente), con lo que recupera la temperatura ambiental y disminuye aún más su humedad relativa. Temperatura de Bulbo Seco: La temperatura de bulbo seco del aire es la temperatura que se mide con un termómetro ordinario, un termómetro de vidrio con mercurio, con el bulbo seco. Cuando se hace esta medición es necesario cubrir al termómetro de la radiación directa producida por el sol para no afectar la lectura de la temperatura. Temperatura de Bulbo Húmedo: La temperatura de bulbo húmedo del aire es aquella que se mide con un termómetro ordinario con el bulbo cubierto por un pabilo humedecido con agua limpia, Aire Húmedo: El aire atmosférico que rodea a la tierra es una mezcla de aire seco y vapor de agua. Esto se debe a que la atmósfera esta menos densa y pesa menos por lo que se reduce su presión. está compuesta de nitrógeno. Presión Atmosférica Estándar: La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco y la presión del vapor de agua contenida en el aire. Esta variación es entre el 1 al 3%. argón. oxígeno. El aire circulado evaporará parte del agua del pabilo para tratar de saturarse. como: lagos. La composición del aire seco es relativamente constante.01325 bar) en el sistema internacional y de 14. el calor necesario para que se evapore el agua es tomado del agua restante del pabilo que al permanecer húmeda. y el restante 1% por: dióxido de carbono y pequeñas cantidades de hidrógeno. kriptón. A este límite se le llama temperatura de “bulbo húmedo”. con el 78%.haciéndole circular aire.69 psi en el sistema inglés. xenón y ozono. por debajo de la cual se condensa el vapor de agua persistiendo las condiciones de saturación. El contenido de vapor de agua es mayor en aquellos lugares cercanos a cuerpos de agua grandes. El valor de la presión atmosférica disminuye conforme se eleva sobre el nivel del mar. a la que se le llama aire húmedo. La presión atmosférica estándar es de 101. y el mar.325KPa (1. disminuirá su temperatura hasta un límite. Aire Seco: El aire seco existe solo cuando se le retira el vapor de agua y los contaminantes al aire atmosférico. Temperatura de Punto de Rocío: Es la temperatura que alcanza el aire húmedo cuando se enfría a presión constante hasta saturarse. y menor en regiones áridas. neón. helio. ríos. con el 21%. . La cantidad de vapor de agua en el aire seco varía de un lugar a otro y de acuerdo a las condiciones atmosféricas locales. Conocer los métodos utilizados para realizare este proceso. Determinar el cambio de energía sufrido por el fluido.4.2 PRACTICA 2) Objetivos 1. Humedad Relativa: La humedad relativa es la relación entre la presión parcial ejercida por el vapor de agua en cualquier volumen de aire y la presión parcial que ejercería el vapor de agua. PRACTICA N°1 CALENTAMIENTO SENSIBLE (8. Procedimiento 1. 4. 3. Observar los cambios producidos en un recinto al aumentarse la temperatura del aire. Encender el ventilador y mantener una apropiada velocidad de giro 3. Instrumentos y materiales utilizados Equipo de psicrometría del laboratorio de maquinas térmicas de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Computador y software Psicrosoft utilizado para el estudio de psicrometría. Determinar la cantidad de calor requerido para calentar el aire. Determinar el caudal de aire suministrado por el ventilador . 2. si este estuviera saturado a la temperatura del bulbo seco del aire. Instalar los termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo 2. sin encender las resistencia eléctricas 5.4. Apagar el equipo Preinforme 1. ¿Qué es la carta psicrométrica y qué valores intervienen allí? ¿Dependen de la altitud del lugar? La carta psicrométrica es una gráfica que relaciona las propiedades del aire y se utilizan para determinar cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad del aire. Los valores que intervienen en la carta psicrométrica son Temperaturas de bulbo seco y húmedo. Medir la temperatura de la superficie de la resistencia después de haber transcurrido un tiempo 10. Encender las resistencias del precalentamiento 8. Cerrar las compuertas de observación 9. Tomar la lectura de higrómetro 6. Registrar los valores obtenidos 7. . y punto de rocío y dependen de la latitud del lugar. Registrar distintas mediciones de temperatura y humedad relativa 14. Esperar 2 minutos a que las temperaturas Tbs y Tbh se estabilicen y registrarlas 11. Registrar la lectura del higrómetro 12. Encender las resistencias de postcalentamiento 13. humedades absoluta y relativa. Medir las temperaturas Tbs y Tbh. Compare la carta psicrométrica estándar Carta estándar .2. Carta local 3. . Los elementos que intervienen son: Serpentín con placas que intercambian calor. ¿Qué es calentamiento sensible? ¿Qué elementos intervienen en este proceso? Calentamiento sensible es aquel cuando se calienta una masa de aire en el que se aumenta la temperatura de la masa sin que alcance el cambio de estado y sin que se agregue o salga masa del sistema. Resistencias eléctricas. 5. Identifique los siguientes elementos. ¿Qué aplicaciones tiene el proceso de calentamiento sensible? El proceso de calentamiento sensible se utiliza en distintos procesos en donde se requieren condiciones específicas de temperaturas en las cuales el aire no cambia de estado. . Es el que regula o mide el cambio en un grado a la salida. descríbalos y organícelos según su utilización 1 3 2 4 1 – Ducto no rígido: Es el que evita vibraciones y conduce el aire. por ejemplo en sistemas de aire acondicionado. 2 – Ventilador centrifugo: Es el que genera el aire 3 – Resistencia eléctrica: Es aquella que calienta el aire. 4 – Termostato.4. Muestre en la carta psicrométrica un proceso de calentamiento sensible . llegando a calentarse el aire hasta las condiciones fijas. Y se expresa en la siguiente expresión: en donde T2` es la temperatura de la superficie caliente ó del calentador. 7. el cambio se produce sobre una línea de humedad específica constante. resistencia eléctrica y también de la velocidad del aire. El factor de By-pass está definido como la relación entre la diferencia de la temperatura de la superficie y la salida del aire. entonces ¿por qué hay un cambio en la humedad relativa? Existe cambio de humedad relativa debido al cambio en la temperatura bebido a que el calentamiento es indirecto. En un calentador de aire normal este valor depende del diseño del serpentín.6. con la diferencia de la temperatura de la superficie y la entrada del aire. por lo tanto no existe incorporación o disminución de vapor de agua en el aire. En el calentamiento sensible no se produce cambio en la razón de humedad del aire. encontramos la entalpía de la condición 1. En la carta psicrométrica para la presión atmosférica estándar.1 2 CALENTAMIE TNO SENSIBLE 8. se debe calcular con flujo másico.s. ¿Cuál es la entalpía del aire? La entalpía del aire es de ≈ 45 KJ/Kg de aire seco. Encontramos que nos facilitan el caudal volumétrico. que es de 1. es decir. para esta operación se debe multiplicar la densidad estándar del aire. Con la temperatura de 25ºC (de bulbo seco) y el 60% de humedad relativa. calcular el calor necesario (Densidad estándar del aire 1. mientras que . 9.2 kg / m3 y el resultado lo expresamos en unidades del Sistema Internacional. Deseamos calentar 13450 m3/h de aire seco a 25ºC y un 60% hasta 40ºC. 134 kg/s. Si la temperatura del aire es 25ºC y la humedad específica es de 8g/Kg a.2 Kg/m3. Cerrar las compuertas del aire exterior 3. Tbh: 22°C) 4. Procedimiento 1. Registrar el valor de la humedad relativa del aire del ducto . 3. Conocer los métodos utilizados para realizar este proceso. Reproducir el proceso de enfriamiento del aire con eliminación de agua.la entalpía de la condición 2 se obtiene con la temperatura de 40ºC conservando la misma razón de humedad Q=m∗( h 2−h 1 ) Q=4 . Homogenizar las temperatura de bulbo seco y la humedad relativa del aire del ducto 2. 4.4. 5∗(72−56 )=72 Kw PRACTICA N°2 ENFIRAMIENTO CON DESHUMIDIFICACIÓN (8. Determinar el cambio de energía sufrido por el fluido.6 PRACTICA 6) Objetivos 1. Tomar lecturas iniciales de temperaturas de Tbs y Tbh (Tbs: 17°C. Observar los cambios producidos en un recinto al reducirse su temperatura y humedad. 2. 2. Tomar lecturas de Tbs. Apagar el sistema de enfriamiento Preinforme 1. Tbh y cada 60s por 6min 7. ¿Qué es el punto de rocío? El punto ó temperatura de roció es la temperatura a la cual la humedad se condensa sobre una superficie.5. Se puede observar la definición más detallada al comienzo en el marco teórico. Encender el sistema de enfriamiento 6. ¿Puede deducirse de el estudio de las evoluciones en el diagrama psicrométrico que en algunos casos se pueda deshumidificar el aire aumentando al mismo tiempo su humedad relativa? Si puede pasar deshumidificación cuando se realiza enfriamiento con . Consiste en poner en contacto al aire con un líquido inferior a una temperatura inferior a la de rocío del aire. Las condiciones límites se alcanzan cuando el aire se satura a la temperatura del líquido. Se puede conseguir por me dio de un proceso de deshumidificación por contacto directo con una masa de líquido frío. ¿Existe alguna otra forma de extraer la humedad del aire sin reducir su temperatura por debajo del punto de rocío? Sí. . mientras tanto el líquido va aumentando la temperatura.3. el aire se enfría perdiendo calor latente y sensible. 4. Identifique en la figura sus cuatro componentes principales y explique su funcionamiento. los acondicionamientos de aire funcionan según un ciclo frigorífico similar al de los refrigeradores doméstico. éste se calentara hasta el punto Tc y el aire alcanzará las condiciones del punto D.Si se cuenta con el aire en las condiciones del punto A y el líquido se encuentra en las condiciones del punto E. Los cuatro componentes principales de los equipos de acondicionamiento de aire son: Evaporador: es donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo Compresor: es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión Condensador: es un intercambiador de calor entre fluidos. pasando de estado gaseoso a estado líquido. Generalmente. . el otro se calienta. de modo que mientras uno de ellos se enfría. compacto y de descarga directa. Ubique los cuatro componentes del punto anterior en la parte interna o externa de a figura y explique su funcionamiento . El acondicionador de ventana es un equipo unitario. Válvula de expansión: es aquella que tiene la capacidad de generar la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador 5. 7. pero ya enfriado. el condensador y un ventilador de aspas para el condensador. contiene el compresor hermético. 6. ¿Qué es factor de calor sensible FCS? El factor de calor sensible es la relación del calor sensible con respecto al calor total (calor sensible + calor latente) FCS= hs h = s hs +h l ht . el enfriamiento látete es la disminución de la temperatura del aire al punto de cambio de estado. La parte interior se encuentra separada de la exterior por una placa aislante para reducir la transmisión de calor y el ruido y aloja el evaporador. Observe la siguiente figura. el filtro y un ventilador axial para el evaporador. La sección exterior. que es la más voluminosa.La instalación se realiza en ventana o muro. ¿Qué es el enfriamiento sensible y el enfriamiento latente? Enfriamiento sensible es la disminución de la temperatura del aire sin que exista cambio de estado. Por aquí se toma el aire caliente y es arrojado de nuevo al cuarto a través de una rejilla. 1 2 1 ENFIRAMIENT O SENSIBLE 2 ENFIRAMIENTO LATENTE 8. Muestre en la carta psicrométrica un proceso de enfriamiento sensible y otro de enfriamiento latente DATOS Y OBSERVACIONES De acuerdo con los datos tomados en el laboratorio se procede a realizar los cálculos pertinentes para hallar la humedad específica. humedad relativa. de acuerdo con los datos de entrada del la temperatura de . 607167582 By pass 0.598433175 Aire humedo m3/s 0.014598155 Flujo masico vapor Kg/s 0.349 83.74 1.315 Resultado pv1 1.646285622 0.622( hfgv 2)∗( Pgv 2) ( hgv 1−hfv 2 )∗( hfv1−hfv 2 )∗( P−Pgv 2) Tabla de datos y resultados práctica 1 CALCULO HUMEDAD ESPECIFICA PRE 17° POS 22° Temperatura Bulbo Húmedo 16 20 20 Temperatura Bulbo Seco 21 22 23 Presión 75 75 75 pgv1 2.008734407 Calor suministrado KJ/kga 1.965517241 Flujo masico aire kg/s 0.51647537 0.719862983 1. 0.28013702 73.945 83.0039 ( T 2−T 1 ) +0. y las presiones se obtiene los siguientes datos: Wl= 1.28013702 Resultado humedad Relativa 0.482755006 hfgv2 pgv2 Resultado Humedad Esp.060849694 Potencia recibida (Kw) 1.66115 3.719862983 Resultado pa1 73.15 hfv2 71.233280825 Flujo masico total Kg/s 0.945 2617.28013702 73.030424847 Calor suministrado pre y poss KJ/kga 2.719862983 1.bulbo húmedo.46 2585.69375 . entalpias en estados 1 y 2.5626 hgv1 2698.33 3.2 2683.21182 2.9462 2. bulbo seco.66 2681.51 2456. y diferentes equipos para las prácticas de termodinámica.612630736 CONCLUSIONES Mediante la realización de este laboratorio.152 71.53 hfv2 67.82 1.92 2400.521 hgv1 2539. .9629 Resultado humedad Relativa 1.45555792 0.54444208 5 73. Se pudo conocer los elementos del laboratorio.54 2458.50462 2. Con las tablas de resultados podemos observar un proceso de calentamiento sensible y de calentamiento latente.Tabla de datos y resultados práctica 2 CALCULO HUMEDAD ESPECIFICA PRACTICA 2 REFRIGERADOR Temperatura Bulbo Húmedo 16 17 Temperatura Bulbo Seco 22 22 Presión 75 75 pgv1 2.544442085 73.83178 1.61663728 8 Resultado humedad Especifica 0.45340901 9 0.4555579 2 0. se pone en práctica las habilidades y conocimientos que hemos adquirido a lo largo del curos de termodinámica aplicada.01307788 flujo de aire humedo m3/s 0.5226 0.45933755 3 hfgv2 pgv2 Resultado pv1 Resultado pa1 flujo masico aire kg/s flujo masico vapor Kg/s flujo masico total Kg/s calor retirado KJ/kga 0 by pass resistencia 1 1.358 2463.00592853 4 0. com/admin/assetmanager/images/n otas/aire/NTAA51.pdf http://www.net/documentacion/CD_03/PONENCIA07.mitecnologico. para hallar los valores de temperatura de punto de rocío y las humedades relativas correspondientes de las diferentes condiciones a las que se midió las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo.html .com. Se conoció y se interpreto correctamente la carta psicrométrica.riraas.pdf http://www. BIBLIOGRAFÍA http://www. Con la práctica se pudo comprobar diversos fenómenos en el manejo y acondicionamiento del aire.com/iem/Main/CartaPsicrometrica http://www.fiberglasscolombia.mx/mt/mt_cap_13.pdf http://www.com/calor-sensible-y-latente.caloryfrio.valycontrol.